JP2011100806A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効果及び省エネルギ効果を共に向上させる。
【解決手段】筐体の内部空間に複数の発熱体２が収容される機器を冷却する冷却装置１であって、前記各発熱体２の温度を検知する温度検知手段３と、前記各発熱体２に対応して設置される送風手段４と、前記温度検知手段３による検知結果に基づいて前記各送風手段４を制御する送風制御手段５と、前記発熱体２を収容する空間の区画を変化させる区画変更手段６と、前記温度検知手段３による検知結果に基づいて前記区画変更手段６を制御する区画制御手段７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、機器を冷却する装置に関し、特に筐体の内部空間に複数の発熱体が収容される機器に適用されるものである。

従来から、作動により発熱する電子回路を内蔵するコンピュータ等の電子機器には、冷却装置が必要とされている。近年、１つの筐体内に複数のブレード形状のサーバコンピュータが並列に配置されてなるブレードサーバが用いられている。このようなブレードサーバは、個々のサーバコンピュータの発熱量が大きいため、特に高い冷却能力を有する冷却装置を必要とする。また、近年、このような冷却装置に対しても、他の機器と同様に省エネルギ性への要望が高まっている。

特許文献１において、ラックに複数収容した状態（タワー型）で使用できると共に単体でも使用できるコンピュータであって、筐体を含むコンピュータ本体と、前記コンピュータ本体内を冷却するファンと、前記コンピュータ本体が前記ラックに収納された状態と単体の状態とを判別する判別手段と、当該判別の結果に基づいて前記ファンの冷却力を最適化する手段とを備える構成が開示されている。

特許文献２において、プリンタ等の画像形成装置であって、ファンによる送風の経路を、プリント中とスタンバイ中とで切り換える可動壁をダクトに設け、プリント中には駆動モータと低圧電源とに送風し、スタンバイ中には前記低圧電源のみに送風すると共にファンの回転速度を低下させる構成が開示されている。

特許文献３において、ブレードサーバに用いられるサーバラックであって、吸気口と排気口とを備えるラック本体内に仕切板により複数のサーバ収容室が形成され、前記排気口に前記サーバが備える内蔵ファンよりも大風量を送出できるファンを備えると共に、前記ファンに近接して温度検知装置を備え、前記温度検知装置による検知結果に応じて前記ファンの送風量を調整する構成が開示されている。

特開２００２−１０８５０８号公報 特開２００３−２９５７３７号公報 特開２００９−１４０４２１号公報

前記ブレードサーバのように１つの筐体内に複数の発熱体が配置されてなる機器においては、通常、発熱体毎に発熱量が異なる。このような機器においては、前記筐体内に比較的高温の発熱体と比較的低温の発熱体とがある場合、高温の発熱体の温度が低温の発熱体へと伝播するという問題がある。また、各発熱体が筐体内に区画された複数の収容室にそれぞれ収容される場合、発熱体の発熱量が少ない場合であっても、収容室内に熱が籠もり易いという問題がある。また、冷却効果の向上及び省エネルギ化を図るためには、各発熱体の発熱量の違いを考慮して送風機の制御を行うことが必要であるが、高温の発熱体に対応して送風機の送風力を増加させれば、冷却能力は向上するが省エネルギ性は低下する。一方、低温の発熱体に対応して送風量を減少させれば、省エネルギ性は向上するが冷却能力は低下する。

前記特許文献１に開示される構成においては、前記各コンピュータ本体の使用状態に応じて前記ファンが制御されるが、前記タワー型での使用時において、前記ラック内における温度の伝播、又は各収容室における熱籠もりを防ぐことができない。

前記特許文献２に開示される構成においては、プリンタの駆動状態にのみ対応して送風経路が切り換えられ、発熱体（駆動モータ及び低圧電源）の温度が考慮されない。そのため、ファンの駆動状態を最適化することが困難である。

前記特許文献３に開示される構成においては、前記各サーバに備えられる前記内蔵ファンに加え、前記サーバラックに備えられる前記ファンを駆動させる必要があるため、省エネルギ性の面で改善の余地がある。また、前記サーバ収容室が前記仕切板により不変であるため、前記サーバの発熱量が少ない場合であっても前記サーバ収容室に熱が籠もり易いという問題がある。

そこで、本発明は、１つの筐体内に複数の発熱体が配置されてなる機器において、冷却効果及び省エネルギ効果を共に向上させることを目的とする。

本発明の一態様は、筐体の内部空間に複数の発熱体が収容される機器を冷却する冷却装置であって、前記各発熱体の温度を検知する温度検知手段と、前記各発熱体に対応して設置される送風手段と、前記温度検知手段による検知結果に基づいて前記各送風手段を制御する送風制御手段と、前記発熱体を収容する空間の区画を変化させる区画変更手段と、前記温度検知手段による検知結果に基づいて前記区画変更手段を制御する区画制御手段とを備えるものである。

本発明によれば、前記各発熱体の温度（温度差）に応じて、前記各送風手段の駆動状態が調整されると共に、前記内部空間における前記発熱体の区画構造が変化される。これにより、冷却効果及び省エネルギ効果を最適化することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る冷却装置の機能的な構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る冷却装置の具体的構成を例示するブロック図である。 図２に示す冷却装置において可動式隔壁が作動した状態を例示するブロック図である。 図２及び図３に示す冷却装置における処理の流れを例示するフローチャートである。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る冷却装置１の機能的な構成を示している。前記冷却装置１は、筐体の内部空間に複数の発熱体２が収容される機器を冷却するものである。前記機器としては、複数のブレード形状のサーバコンピュータ（以下、ブレードと略記する）により構成されるブレードサーバ等が挙げられる。前記冷却装置１は、前記発熱体２、温度検知手段３、送風手段４、送風制御手段５、区画変更手段６、及び区画制御手段７を備える。

前記発熱体２は、その駆動に伴い発熱するものであり、各種の電子回路基板等を含んで構成されるユニットが相当する。前記機器が前記ブレードサーバである場合には、前記各ブレードが前記各発熱体２に相当する。

前記温度検知手段３は、前記各発熱体２の温度を検知するものであり、周知の温度センサを利用して構成することができる。

前記送風手段４は、前記各発熱体２に対応して設置され、送風を発生させることによりそれぞれ対応する発熱体２を冷却する。前記送風手段４は、周知のファン、アクチュエータ等を利用して構成することができる。

前記送風制御手段５は、前記温度検知手段３による検知結果に基づいて、前記各送風手段４を制御するものである。前記送風制御手段５は、例えば前記ファンと連動するアクチュエータに制御信号を出力するものであって、所定の制御演算プログラムに従って駆動するマイクロコンピュータ（ソフトウェア的構成）、各種論理回路の組み合わせ（ハードウェア的構成）等を利用して構成することができる。

前記区画変更手段６は、前記発熱体２を収容する空間の区画を変化させるものである。例えば、前記機器がブレードサーバである場合には、前記各ブレードは前記内部空間に区画された複数又は単数の収容室に収容されるが、前記収容室の容積、形状等を変化させることにより、１つの前記収容室に収容される前記発熱体２の数を変更することができる。前記区画変更手段６は、例えばアクチュエータにより変位する隔壁等を利用して構成することができる。

前記区画制御手段７は、前記温度検知手段３による検知結果に基づいて前記区画変更手段６を制御するものである。前記区画制御手段７は、例えば前記隔壁と連動するアクチュエータに制御信号を出力するものであって、前記送風制御手段５と同様に、前記ソフトウェア的構成、前記ハードウェア的構成等を利用して構成することができる。

上記構成により、前記各発熱体２の温度（温度差）に応じて、前記各送風手段４の駆動状態（前記ファンの回転速度等）、及び前記発熱体２を収容する空間の区画（前記収容室の容積等）を変化させることにより、冷却効果及び省エネルギ効果を最適化することが可能となる。

図２は、実施の形態１に係る冷却装置の具体的構成を例示している。本例に係る冷却装置は、ブレードサーバ１１に用いられるものである。前記ブレードサーバ１１は、筐体１２の内部空間に、複数（４つ）のブレード１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄが並列に配置されて構成される。

前記ブレードサーバ１１は、前記筐体１２、前記ブレード１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ、送風機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ、可動式隔壁１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆ、送風機制御部１６、隔壁制御部１７、及び中央制御部１８を備える。

前記ブレード１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは、中央処理装置、記憶装置、入出力装置等を含んで構成されるサーバコンピュータであり、それぞれが温度センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ及びブレード管理部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを備える。前記温度センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、対応する前記各ブレード１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄの温度を検出する。前記ブレード管理部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄは、対応する前記各ブレード１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄの状態を正常に維持するための各種処理を行うものであり、当該処理の１つとして、前記各温度センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの監視を行う。前記ブレード管理部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄによる監視結果を示す信号は、前記中央制御部１８に出力される。

前記送風機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄは、ファン、アクチュエータ等から構成され、前記ブレード１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを流通する空気流を発生させる。前記送風機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄは、前記各ブレード１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄに対応して設置される。

前記可動式隔壁１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆは、板状部材、アクチュエータ等から構成され、それぞれ隣接する前記ブレード１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄの間に配置される。本例においては、前記各可動式隔壁１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆは、図中二点差線で示す位置まで変位可能となっている。前記各可動式隔壁１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆの位置により、前記ブレード１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄの収納空間Ａの区画が変化する。

前記送風機制御部１６は、バス２５を介して前記中央制御部１８と接続し、バス２６を介して前記各送風機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄと接続している。前記送風機制御部１６は、前記中央制御部１８からの指令信号に応じて、前記各送風機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄのアクチュエータに制御信号を出力し、前記各ファンの回転速度を制御する。

前記隔壁制御部１７は、前記バス２５を介して前記中央制御部１８と接続し、バス２７を介して前記各可動式隔壁１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆと接続している。前記隔壁制御部１７は、前記中央制御部１８からの指令信号に応じて、前記各可動式隔壁１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆのアクチュエータに制御信号を出力し、これらの位置を制御する。

前記中央制御部１８は、前記バス２５を介して前記各ブレード管理部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ、前記ファン制御部１６、及び前記隔壁制御部１７と接続している。前記中央制御部１８は、前記各ブレード管理部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄからの前記監視結果（前記温度センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄによる検出結果）を示す信号等に基づいて、前記送風機制御部１６及び前記隔壁制御部１７に前記指令信号を出力する。

図３は、図２に示す冷却装置において前記可動式隔壁が作動した状態を例示している。本例は、図中最も右側に位置する前記ブレード１３Ｄの温度が高く、その他の前記ブレード１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの温度が低い場合を示している。このような場合、前記中央制御部１８は、前記送風機制御部１６に対して前記送風機１４Ｄのみの回転速度を増加させ他の前記送風機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの回転速度を維持又は減少させる指令信号を出力すると共に、前記隔壁制御部１７に対して前記可動式隔壁１５Ｆを図示のように変位させる指令信号を出力する。前記可動式隔壁１５Ｆの変位により、図２に示す前記収容空間Ａは、図３に示すように第１の収容空間Ａ１と第２の収容空間Ａ２とに分割される。前記第１の収容空間Ａ１には、冷却の必要性が低い前記ブレード１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃが収容され、前記第２の収容空間Ａ２には、冷却の必要性が高い前記ブレード１３Ｄが収容される。これにより、前記ブレード１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに対応する前記送風機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの回転速度を増加させることなく、前記ブレード１３Ｄに対する冷却効果を向上させることができる。

図４は、図２及び図３に示す冷却装置における処理の流れを例示している。先ず、前記各ブレード管理部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄが、前記各温度センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄによる検出結果を監視し（Ｓ１０１）、各温度に一定の変化（温度上昇）が生じた否かが判定される（Ｓ１０２）。

前記ステップＳ１０２において、前記一定の変化が生じていないと判定された場合（ＮＯ）には、前記ステップＳ１０１に戻り、前記一定の変化が生じたと判定された場合（ＹＥＳ）には、当該ブレード管理部（図３の例においては前記ブレード管理部２１Ｄ）が、前記中央制御部１８に対して冷却要求値の変更を通知する（Ｓ１０３）。前記冷却要求値とは、前記各ブレード１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄに対応する冷却の必要性を示す値であり、前記中央制御部１８が前記送風機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄの回転速度を決定するために必要なパラメータの１つである。

次いで、前記中央制御部１８が、どの前記可動式隔壁１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆを動作させるかを決定し、前記隔壁制御部１７にその指令信号を出力する（Ｓ１０４）。次いで、前記中央制御部１８が、前記各収容空間Ａ１，Ａ２に対応する前記各送風機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄの回転速度を算出し（Ｓ１０５）、前記送風機制御部１６にその指令信号を出力する（Ｓ１０６）。

上記構成により、前記各ブレード１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄの温度（温度差）に応じて、前記各送風機１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄの回転速度、及び前記収容空間Ａの区画が変化される。これにより、冷却効果及び省エネルギ効果を最適化することが可能となる。

尚、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能なものである。

１ 冷却装置
２ 発熱体
３ 温度検知手段
４ 送風手段
５ 送風制御手段
６ 区画変更手段
７ 区画制御手段
１１ ブレードサーバ
１２ 筐体
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ ブレード
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ 送風機
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆ 可動式隔壁
１６ 送風機制御部
１７ 隔壁制御部
１８ 中央制御部
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 温度センサ
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ ブレード監視部
２５，２６，２７ バス
Ａ，Ａ１，Ａ２ 収容空間

Claims (5)

1. 筐体の内部空間に複数の発熱体が収容される機器を冷却する冷却装置であって、
   前記各発熱体の温度を検知する温度検知手段と、
   前記各発熱体に対応して設置される送風手段と、
   前記温度検知手段による検知結果に基づいて前記各送風手段を制御する送風制御手段と、
   前記発熱体を収容する空間の区画を変化させる区画変更手段と、
   前記温度検知手段による検知結果に基づいて前記区画変更手段を制御する区画制御手段と、
   を備える冷却装置。
2. 前記送風制御手段及び前記区画制御手段は、前記各発熱体の温度差に基づいて、冷却効果及び省エネルギ効果を最適化するように、前記送風手段及び前記区画変更手段を制御する、
   請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記送風制御手段は、前記温度検知手段による検知結果に基づいて冷却の必要性が高いと判断される前記発熱体に対応する前記送風手段のみの駆動状態を強化し、
   前記区画制御手段は、前記冷却の必要性が高い前記発熱体が収容される空間を、他の前記発熱体が収容される空間から分離する、
   請求項１又は２に記載の冷却装置。
4. 前記区画変更手段は、隣接する前記発熱体の間に配置される可動式の隔壁を備える、
   請求項１〜３のいずれか１つに記載の冷却装置。
5. 前記機器は、ブレードサーバである、
   請求項１〜４のいずれか１つに記載の冷却装置。

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